Java并发编程的艺术 读后记要(2)

Java下的并发解决

传统的解决方法（JDK1.5之前）

传统的解决方法很简单。
* 如果是单个数据的话，对数据使用volatile关键字修饰，这个关键字可以保证数据不会停留在CPU的写缓存中，而是写入内存，下一次对该数据的读取一定读到的内存中的最新数据。也就是解决了可见性问题。但是volatile变量原子性还有问题，对volatile变量多线程下的自增自减操作，不是原子的。
* 如果是集合类，传统的做法是交给Collections.synchronizated*方法，得到一个同步的集合，但是这个集合的效率并不会很高。
* 如果是代码块或者数据结构，传统的解决方法是使用关键字synchronizated，这个关键字可以修饰类、方法、变量甚至代码段。这个关键字会告知JVM，当前线程得到了某一个对象（根据修饰的内容不同，对象不同）的锁，对当前代码的访问就和单线程下一样了。这个关键字对可见性和原子性都解决了。但是这种机制得到的锁是“重量锁”，也就是获取锁和释放锁都比较浪费时间，如果需要同步加锁的代码太多，这种方法效率较低。
* 如果需要多线程间通信同步，可以使用定义在Object上的wait和notify*方法，可以使线程在调用wait方法时进入等待状态，在调用notify*方法时被唤醒。

现在的解决方法（JDK1.5之后）

JDK1.5之后引入了很多并发的类，放到并发包下，再加上对原有机制的优化，并发的效率更高了。
* 如果是单个数据，依旧使用volatile关键字，在JDK5后，该关键字的能力得到了增强，有了获取锁释放锁的语义，也就是说如果是对单个数据加锁，完全可以用volatile替代。但是该关键字还是自增自减操作不是原子的。
* 对于需要原子操作的单个数据，并发包下有Atomic*的一系列类，实现了原子地修改、自增、自减一个变量。
* 如果是集合类，并发包下都有并发容器可供直接使用，就和使用一般的集合类一样，当然内部已经实现了同步，效率更高。
* 如果是代码块或者数据结构，可以使用并发包下的Lock的一系列实现类（目前只有可重入锁和读写锁），替代synchronizated关键字，优点是效率更高，缺点是需要显式地获取和释放锁。
* 如果需要线程间通信同步，可以使用并发包下的Condition接口，相当于信号量，可以实现在特定情况下等待或者继续执行，与Object的wait和notify操作相同。
* 此外，JDk1.5后还提供并发工具类，方便应对各种兵法情况。当然，这些工具类的实现基础，还是上面提到的volatile、Lock和Condition。

Java解决并发方法深入

• 对于volatile关键字：该关键字在底层就是用到了之前提到的内存屏障，确保对数据的修改一定是在其他操作之前（或之后），而且其他CPU可见（刷新缓存区），JDK1.5是增加了新的屏障，让该关键字拥有和锁一样的功能。
• 对于synchronizated关键字：该关键字会获得一个Java对象的锁，Java每一个对象都有锁，这个锁称为监视器（Monitor），实现上，它存在于一个Java对象的对象头里的Mark Word部分，这部分包括是否有锁的2bit表示，以及指向锁具体信息的指针等。在JVM字节码的层次，该关键字的使用会产生两个指令：monitorenter和monitorexit，这两个指令用来确保对对象的互斥访问。
• Java并发包下的锁内部实现是通过一个FIFO的同步队列（AbstractQueuedSynchronizer，AQS），Condition内部也一样。AQS内维护一个int型的state，可以通过原子的操作初始化、get、set、CAS。需要同步的线程被包装成节点，竞争state，如果state归零，说明当前资源已经分配完，队列中的节点需要等待，如果state不为零，则根据FIFO的规则或其他规则唤醒节点，重新设置state。
• 需要等待的线程，有两种等待策略：一种是通过自旋锁，即线程不断地询问执行的时机是否合适（通过循环），这种方法需要消耗CPU，但是线程反应快；另一种是将当前线程状态修改为等待，然后期待其他线程对它进行唤醒，这种方法不会空耗CPU，但是线程状态的修改调度，操作比较重。在Java的并发包下，AQS内在时间较短的情况下是通过自旋锁的，较长时间自旋锁内部还会通过LockSupport对线程进行阻塞，不断循环头节点是否可以执行。
• JDK1.5之后，有了这样一个概念，任务的执行单元和工作单元相分离。在JDK1.5之前，工作单元和执行单元都是Runnable，工作通过重写run方法，执行通过包装成线程调用start方法。JDK1.5之后，工作单元还是Runnable，或者Callable（与RUnnable的区别是Callable有返回值），执行单元变成了Executor。Executor接口下实现了好几种线程池的类。